Es wird angenommen, dass die überwiegende Mehrheit der Materie im Universum um uns herum dunkle Materie ist. Es wird angenommen, dass nur etwa 15 % sichtbare und greifbare Materie sind und die restlichen 85 % dunkle Materie sind, die nie bestimmt wurde. Wissenschaftler aus den Vereinigten Staaten haben ein Versuchsschema vorgeschlagen, das dabei helfen kann, die Existenz dunkler Materie experimentell nachzuweisen, wofür sie begannen, ein supraleitendes Qubit zu verwenden.
Physiker des Fermi-Labors und der University of Chicago haben ein neues Experiment entwickelt, bei dem es möglich sein wird, nach zwei hypothetischen Teilchen zu suchen, die als Kandidaten für dunkle Materie vorgeschlagen werden – das sind dunkle Photonen und Axionen. Erstere können sich mit gewöhnlichen Photonen vermischen, müssen aber gleichzeitig Masse haben, und letztere können sich unter bestimmten Bedingungen in zwei Photonen aufspalten. Jeder dieser Kandidaten kann sich potenziell dort manifestieren, wo gewöhnliche Photonen nicht sein sollten. Ein dunkles Photon kann sich spontan in ein gewöhnliches Photon verwandeln, und ein Axion kann bei Wechselwirkung mit einem Magnetfeld zwei gewöhnliche Photonen emittieren.
Forscher haben ein Gerät entwickelt, das gewöhnliche Photonen blockiert und alle Photonen verstärkt, die durch Wechselwirkungen mit dunkler Materie (dunkle Photonen oder Axionen) erzeugt werden könnten. Die Detektionsschaltung enthält einen supraleitenden Mikrowellenresonator aus Aluminium mit einer Reinheit von 99,9999 %. Im Inneren des Resonators befindet sich eine Antenne in Form eines supraleitenden Qubits. Sie ist es, die Photonen im Resonator erkennt, wenn sie plötzlich dort auftauchen.
Der Resonator und das Qubit werden auf eine Temperatur sehr, sehr nahe am absoluten Nullpunkt gekühlt – auf -273,1 °C (der absolute Nullpunkt liegt bei -273,15 °C). Das System ist in der Lage, ein Photon während der 50-μs-Lebensdauer dieses Teilchens bis zu 500 Mal einzufangen, was notwendig ist, um sein Auftreten in einem isolierten Resonator zuverlässig zu bestätigen.
Im Idealfall, sagen die Forscher, hätte man die Temperatur des Resonators und des Qubits auf -273,14 °C senken sollen, dann wäre das Hintergrundrauschen und seine Wirkung auf das Qubit vollständig eliminiert worden, was aber heute technisch unmöglich ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das Experiment zur Suche nach dunkler Materie noch nicht durchgeführt wurde. Dies ist nur ein Konzept, das die Forscher den Physical Review Letters mitteilten.
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